采用PKPM-GZ軟件進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其詳細(xì)完整設(shè)計(jì)流程如下。
按照減震目標(biāo)，初步確定結(jié)構(gòu)方案
根據(jù)豎向荷載及長(zhǎng)期面壓要求，初選支座布置方案，建立有限元模型
然后把隔震支座層的柱子指定為隔震支座柱，并按照隔標(biāo)對(duì)支座長(zhǎng)期面壓的要求，初步選擇隔震支座，也可以直接采用軟件智能優(yōu)選的方式自動(dòng)選擇隔震支座。
圖6 在隔震層下進(jìn)行隔震支座柱的指定，定義隔震支座
進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)分析，選擇相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)。
建立隔震有限元模型，選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要通過(guò)迭代的方法對(duì)隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效線性化，求取支座等效參數(shù)，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算采用“復(fù)振型分解法（CCQC組合）”。同時(shí)一次性形成“中震隔震模型”、“中震非隔震模型”及“大震隔震模型”。
注意：由于設(shè)計(jì)中讓軟件自動(dòng)形成中震模型，因此，在進(jìn)行整體模型計(jì)算時(shí)，地震影響系數(shù)最大值還是要填寫本地區(qū)的小震對(duì)應(yīng)的結(jié)果。
對(duì)隔震構(gòu)件的性能指定及隔震構(gòu)件類型等特殊屬性指定
根據(jù)隔標(biāo)的要求，隔震設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)，PKPM-GZ軟件給出默認(rèn)的性能設(shè)計(jì)屬性，通常需要設(shè)計(jì)人員確認(rèn)修改，程序提供交互修改界面。
軟件默認(rèn)所有的梁構(gòu)件屬于普通水平、柱構(gòu)件屬于普通豎向構(gòu)件，設(shè)計(jì)中需要指定隔震層的上下支墩為關(guān)鍵構(gòu)件，同時(shí)與上支墩相連的隔震層的主梁構(gòu)件也要指定為關(guān)鍵構(gòu)件。對(duì)于層間隔震結(jié)構(gòu)及剪力墻隔震結(jié)構(gòu)，需要按照規(guī)范的相關(guān)要求，進(jìn)行關(guān)鍵構(gòu)件、普通豎向構(gòu)件及普通水平構(gòu)件的屬性指定。
圖8 隔震結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)時(shí)構(gòu)件性能屬性指定
指定隔震結(jié)構(gòu)的性能屬性后，程序會(huì)按照隔標(biāo)的要求，自動(dòng)對(duì)指定的構(gòu)件采取相應(yīng)的性能目標(biāo)進(jìn)行構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)，最終結(jié)果中展示性能設(shè)計(jì)的結(jié)果。
同時(shí)隔標(biāo)要求，在進(jìn)行上下支墩設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮由橡膠支座水平變形引起的附加彎矩，因此，需要進(jìn)行隔震構(gòu)件的定義，分別定義上、下支墩屬于“支墩、支柱及相連構(gòu)件”。對(duì)與上支墩層的梁構(gòu)件也要定義為梁構(gòu)件屬性為“支墩、支柱及相連構(gòu)件”。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級(jí)的指定
對(duì)于非層間隔震結(jié)構(gòu)，隔震層上部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級(jí)的確定與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的確定方式一致，可按照抗規(guī)的要求，根據(jù)結(jié)構(gòu)所在地的烈度、結(jié)構(gòu)高度、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別及結(jié)構(gòu)體系等因素綜合確定，同時(shí)需要考慮隔標(biāo)的特殊要求。
圖9 構(gòu)件抗震等級(jí)的單獨(dú)指定
隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵工作是確定隔震支座的布置能否滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求。隔標(biāo)要求隔震支座的布置至少需要滿足對(duì)支座長(zhǎng)期面壓的要求、短期面壓的要求、隔震支座拉應(yīng)力的要求、隔震支座變形的要求及上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和隔震層剛度中心偏心率的要求等，同時(shí)還需要滿足減震目標(biāo)的要求。
隔標(biāo)4.6.2條要求，隔震層的剛度中心與質(zhì)量中心宜重合，設(shè)防地震作用下的偏心率不大于3%。
在PKPM-GZ軟件中，選擇自動(dòng)生成“中震隔震模型”、“中震非隔震模型”及“大震隔震模型”，計(jì)算完畢之后，直接查看“中震隔震模型”下的隔震層的剛度中心與質(zhì)量中心的偏心率，查看偏心率是否超過(guò)規(guī)范要求的偏心率不大于3%的限值。同時(shí)直接查看“大震隔震模型”的隔震支座信息，軟件已經(jīng)自動(dòng)按照隔標(biāo)的要求，對(duì)隔震支座進(jìn)行了各項(xiàng)指標(biāo)的驗(yàn)算，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)防類別自動(dòng)確定相應(yīng)的限值。注意，這里的大震模型下的計(jì)算是假定上部結(jié)構(gòu)始終保持彈性狀態(tài)的，考慮隔震支座的局部非線性。
圖10 隔震支座的各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果及限值輸出
也可以通過(guò)文本查看，進(jìn)一步查看該支座的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果。其中T1為隔震支座在重力荷載代表值作用下的壓應(yīng)力；T2為隔震支座在罕遇地震下的最大壓應(yīng)力；T3為隔震支座在罕遇地震下的最大拉應(yīng)力；T4為隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移。每一個(gè)輸出的驗(yàn)算結(jié)果后面對(duì)應(yīng)的是各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果的限值。如果輸出的四項(xiàng)限值有超限，則程序會(huì)顯紅提示超限，此時(shí)就需要返回模型調(diào)整支座，直到各項(xiàng)結(jié)果滿足要求。
圖11 隔震支座的各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果的文本信息詳細(xì)輸出
按照隔標(biāo)要求，隔震層還需要進(jìn)行抗風(fēng)驗(yàn)算，軟件在生成的隔震計(jì)算書中已經(jīng)進(jìn)行了自動(dòng)驗(yàn)算，并輸出了驗(yàn)算結(jié)果。
圖12 隔震層X(jué)方向順風(fēng)向風(fēng)荷載驗(yàn)算
隔震結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)的查看
對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)，隔震層上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要滿足中震下的各項(xiàng)整體指標(biāo)的要求，比如中震下結(jié)構(gòu)的層間位移角、中震下結(jié)構(gòu)的剛重比、樓層剪重比、除隔震層及下支墩層以外的樓層位移比、剛度比等樓層指標(biāo)。各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿足規(guī)范的要求。
注意：隔標(biāo)對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)剪重比控制按小震下對(duì)應(yīng)的限值控制，在查看中震隔震模型時(shí)，剪重比的限值軟件已經(jīng)自動(dòng)按照小震對(duì)應(yīng)地震影響系數(shù)最大值進(jìn)行了限值輸出，并對(duì)不滿足要求的樓層做自動(dòng)的調(diào)整。
構(gòu)件性能化設(shè)計(jì)配筋及結(jié)果查看
對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)，隔標(biāo)對(duì)全樓各個(gè)部位的構(gòu)件提出了各自不同的性能要求，根據(jù)定義的構(gòu)件性能屬性，最終主模型顯示的配筋結(jié)果已經(jīng)按照隔標(biāo)性能化設(shè)計(jì)的要求自動(dòng)進(jìn)行了正截面及斜截面的設(shè)計(jì)。其中上支墩、下支墩屬于關(guān)鍵構(gòu)件；其他的柱都屬于普通豎向構(gòu)件；與上支墩相連的梁構(gòu)件屬于重要水平構(gòu)件；其他的梁構(gòu)件屬于普通水平構(gòu)件。九牛自學(xué)網(wǎng)www.9npx.com土蜂蜜www.eahai.com天美惠購(gòu)網(wǎng)www.e24u.com
按照隔標(biāo)對(duì)上下支墩的設(shè)計(jì)要求，還需要考慮由隔震支座的水平變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力，查看上下支墩的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果，可以看到軟件中新增了四種工況考慮隔震支座水平變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力，該附加內(nèi)力僅僅考慮與地震作用一起組合，組合系數(shù)及分項(xiàng)系數(shù)均為1.0。
圖15 隔震支座水平變形產(chǎn)生的四個(gè)工況對(duì)上下支墩的附加內(nèi)力
對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)，按隔標(biāo)的要求，已經(jīng)無(wú)減震效果的概念，僅僅借助非隔震模型計(jì)算的樓層剪力與中震隔震模型的底部樓層剪力比，判斷隔震結(jié)構(gòu)能否按照降低一度確定抗震措施。當(dāng)然也可以適當(dāng)參考抗震規(guī)范，通過(guò)減震系數(shù)法方式求的地震作用影響系數(shù)最大值，進(jìn)而來(lái)評(píng)價(jià)隔震的效果。
圖16 隔震結(jié)構(gòu)樓層剪力比的輸出
隔標(biāo)要求隔震結(jié)構(gòu)按照中震進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此不僅僅關(guān)注中震中震下的承載力及變形，同時(shí)還要查看結(jié)構(gòu)在中震下的等效阻尼比及等效剛度。在PKPM-GZ軟件計(jì)算完畢，查看“中震隔震模型”下“結(jié)構(gòu)周期及振型方向”輸出的隔震結(jié)構(gòu)在中震下的周期及等效阻尼比。
圖17 隔震結(jié)構(gòu)中震下的周期及阻尼比輸出
隔震結(jié)構(gòu)中震時(shí)程分析
隔標(biāo)要求，對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)的等效剛度及等效阻尼比的計(jì)算可以采用反應(yīng)譜迭代計(jì)算，也可以采用時(shí)程分析方法確定。對(duì)于一般的多高層隔震結(jié)構(gòu)（高度不高于60m），時(shí)程分析不是必須要做的。對(duì)于高層隔震結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的隔震結(jié)構(gòu)，必須按照時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充分析。
中震下時(shí)程分析完畢后，選擇出滿足規(guī)范要求的地震波，然后選擇“隔震信息”菜單中的相關(guān)參數(shù)。隔震支座的等效剛度和等效阻尼比要“采用輸入的等效線性屬性”，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)時(shí)程分析計(jì)算的樓層剪力與反應(yīng)譜方法計(jì)算的樓層剪力進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，需選擇參數(shù)“時(shí)程分析結(jié)果校準(zhǔn)樓層地震剪力”，軟件自動(dòng)計(jì)算出各樓層地震內(nèi)力放大系數(shù)，構(gòu)件內(nèi)力按照該放大系數(shù)進(jìn)行放大，并按照放大后的內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)。
時(shí)程分析的相關(guān)參數(shù)選擇后，可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)“中震隔震模型”、“中震非隔震模型”的時(shí)程分析。
圖18 多模型直接時(shí)程分析的參數(shù)選擇
圖19 隔震結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的樓層位移及位移角
圖20 隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)中震下時(shí)程分析的剪力比
每個(gè)支座的滯回曲線可以在彈性時(shí)程菜單中查看。切換到中震隔震模型目錄下，選擇滯回曲線選項(xiàng)，先在左側(cè)對(duì)話框中選擇橫縱坐標(biāo)的變量，再在右側(cè)空間模型圖中選擇要顯示滯回曲線的支座。
圖22 隔震結(jié)構(gòu)中隔震支座的滯回曲線
隔震結(jié)構(gòu)大震彈性時(shí)程分析
由于規(guī)范要求進(jìn)行大震分析時(shí)，特征周期要增加0.05，因此，對(duì)大震彈性時(shí)程分析時(shí)應(yīng)該重新按照特征周期增加0.05重新選波計(jì)算，然后按照上述的同樣的流程，生成“中震隔震模型”、“中震非隔震模型”及“大震隔震模型”，然后查看隔震計(jì)算書，查看大震隔震模型下時(shí)程分析驗(yàn)算的支座的短期面壓、支座的拉應(yīng)力及支座的變形等。
圖23 罕遇地震下隔震支座的短期面壓及拉應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果
隔震結(jié)構(gòu)大震彈塑性時(shí)程分析
如果需要考慮上部結(jié)構(gòu)在大震下有可能進(jìn)入彈塑性，就需要對(duì)結(jié)構(gòu)就行大震彈塑性分析，進(jìn)一步驗(yàn)證在罕遇地震下結(jié)構(gòu)的性能，可進(jìn)入EPDA進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析。
經(jīng)過(guò)SATWE反應(yīng)譜分析后需要點(diǎn)擊“接力數(shù)據(jù)”按鈕完成SATWE數(shù)據(jù)向EPDA數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，其中包括結(jié)構(gòu)的幾何信息、構(gòu)件信息、設(shè)計(jì)結(jié)果、配筋信息、荷載數(shù)據(jù)等。接力數(shù)據(jù)的時(shí)候可選擇是否保留以前在EPDA中定義過(guò)的鋼筋、塑性鉸、隔震支座、阻尼器信息等。
注意：當(dāng)選擇地震波較多時(shí)，由于每條波的持續(xù)時(shí)間并不相同，地震波終止計(jì)算時(shí)刻需要按照持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的地震波來(lái)填寫，才能保證每條波數(shù)據(jù)的完整性。
模型數(shù)據(jù)和參數(shù)都定義好之后即可進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，計(jì)算完畢，在在后處理菜單中即可查看各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。可以進(jìn)行圖形展示結(jié)果，還生成了詳細(xì)的計(jì)算書。
計(jì)算書中輸出了結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向各層層間位移角圖，可根據(jù)規(guī)范的要求進(jìn)行對(duì)比查看，判斷計(jì)算結(jié)果是否滿足規(guī)范要求。
圖26 主方向0度時(shí)主方向各層層間位移角圖
圖27 主方向0度時(shí)次方向各層層間位移角圖
對(duì)于隔震支座的各項(xiàng)結(jié)果，均可在“隔震支座”的菜單下查看，可以選擇指定位置的隔震柱查看單個(gè)結(jié)果，也可以一次查看所有隔震支座的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。點(diǎn)擊單個(gè)支座的文本結(jié)果，軟件輸出單根支座的驗(yàn)算結(jié)果。
在“關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)力歷程”菜單中選擇支座后可以查看每個(gè)支座的滯回曲線，如果想查看滯回曲線的具體數(shù)值可通過(guò)“提取歷程文本”按鈕查看。
隔標(biāo)4.6.9條對(duì)隔震建筑的抗傾覆驗(yàn)算提出了相關(guān)的要求，要求整個(gè)結(jié)構(gòu)在重力代表值下的抗傾覆力力矩大于結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下傾覆力矩的1.1倍。軟件在“大震隔震模型”下輸出了對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算的結(jié)果，設(shè)計(jì)師可直接根據(jù)輸出的傾覆力矩比值判斷能否滿足規(guī)范要求。
圖30 軟件輸出的大震下結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算
軟件輸出結(jié)構(gòu)在大震下的抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值Mr/Mov，兩個(gè)方向的值均大于1.1，該隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算滿足隔標(biāo)的要求。
隔標(biāo)對(duì)隔震支墩的設(shè)計(jì)不僅僅要按照關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行中震彈性正截面及斜截面的承載力設(shè)計(jì)，同時(shí)隔標(biāo)4.7.2條還要求，隔震層下部結(jié)構(gòu)要進(jìn)行罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)行承載力驗(yàn)算，并且要滿足大震不屈服，斜截面大震彈性驗(yàn)算。
PKPM-GZ軟件中，采用增加一組概念荷載工況的方式來(lái)考慮部分的影響，即作用在支座頂?shù)捉Y(jié)點(diǎn)上的一組彎矩。
對(duì)這一工況進(jìn)行整體分析后，將這組荷載下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力與重力荷載和地震作用下的內(nèi)力進(jìn)行組合，再進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，即使上下部結(jié)構(gòu)和支墩的承載力均考慮了附加彎矩的影響。參數(shù)設(shè)置如下，選擇計(jì)算大震模型，并勾選考慮附加彎矩影響。
主模型下查看所有支墩的配筋結(jié)果。主模型下顯示的是程序按照中震彈性性能設(shè)計(jì)和大震模型進(jìn)行自動(dòng)包絡(luò)的結(jié)果。
圖31?主模型下顯示隔震結(jié)構(gòu)下支墩中震與大震包絡(luò)的配筋結(jié)果
對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)，計(jì)算書的整理工作量也比較大，尤其對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了時(shí)程分析，需要整理的數(shù)據(jù)量非常大，PKPM-GZ軟件在建模輸入整體模型后，軟件可以根據(jù)小震模型，自動(dòng)生成“中震隔震模型”、“中震非隔震模型”及“大震隔震模型”，然后根據(jù)各個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果，在“主模型”下可以一鍵自動(dòng)生成“隔震計(jì)算書”，大大減少了設(shè)計(jì)師整理隔震計(jì)算書的工作，大幅度提升了設(shè)計(jì)效率。
圖32 主模型下一鍵生成隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算書
